煉油廠(chǎng)常壓儲(chǔ)罐RBI評(píng)估與腐蝕檢查

周 楊，蔣金玉，程 偉，古華山

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司 國(guó)家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽合肥 230031）

0 引言

常壓儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于石油化工、交通運(yùn)輸、國(guó)防等領(lǐng)域，用來(lái)儲(chǔ)存原油、成品油、中間原料、化工產(chǎn)品等介質(zhì)。煉油廠(chǎng)常壓儲(chǔ)罐介質(zhì)種類(lèi)多，一旦發(fā)生故障，不僅影響其他裝置的正常運(yùn)行，還可能影響罐區(qū)內(nèi)的其他儲(chǔ)罐，引發(fā)連鎖反應(yīng)。為了了解常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)狀況，制定科學(xué)的檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)策略，某煉油廠(chǎng)對(duì)26臺(tái)儲(chǔ)罐進(jìn)行了RBI（Risk Based Inspection，基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)）評(píng)估，并在2018年大修期間對(duì)其中12臺(tái)儲(chǔ)罐進(jìn)行了腐蝕檢查。

1 儲(chǔ)罐概況

此次評(píng)估的26臺(tái)儲(chǔ)罐，按照GB 50341—2003《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50128—2005《立式圓筒形焊接油罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，基本情況見(jiàn)表1。

（1）原油罐T01A-F。邊緣板材料12MnNiVR，中幅板材料Q235-B，罐壁板材料12MnNiVR/Q345R/Q235-B，罐底板上下表面、底層和頂層罐壁板內(nèi)壁、整個(gè)罐壁板外壁進(jìn)行防腐。罐底板上表面安裝陽(yáng)極塊，下表面安裝外加電流進(jìn)行陰極保護(hù)。

（2）催化汽油罐T02A-C。邊緣板、中幅板、罐壁板材料均為Q235-B，罐底板上下表面、罐壁板進(jìn)行防腐。

（3）渣油罐T03A/B。邊緣板材料Q345R，中幅板材料Q235-B，罐壁板材料Q345R/Q235-B，罐底板上下表面、罐壁板內(nèi)壁（底部1.8 m、頂部高高液位報(bào)警口以上）、罐壁板外壁進(jìn)行防腐。

表1 常壓儲(chǔ)罐基本情況

（4）石腦油罐T04A-C。邊緣板材料Q345R，中幅板材料Q235-B，罐壁板材料Q345R，罐底板上下表面、罐壁板進(jìn)行了防腐。

（5）汽油罐T05A-F。邊緣板材料Q345R，中幅板材料Q235-B，罐壁板材料Q345R/Q235-B，罐底板上下表面、罐壁板進(jìn)行防腐。

（6）航煤罐T06A-D。邊緣板、中幅板、罐壁板材料均為Q235-B，罐底板上下表面、罐壁板進(jìn)行防腐。

（7）堿液罐T07A/B。邊緣板、中幅板、罐壁板材料均為0Cr18Ni9，罐底板上下表面、罐壁板均未進(jìn)行防腐。

（8）渣油罐T03A/B基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其他24臺(tái)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖2所示，可以看出：與常溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相比，高溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)多一個(gè)隔熱層。

圖1 高溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

圖2 常溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

2 RBI評(píng)估

常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）[1]是對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行損傷機(jī)理分析和風(fēng)險(xiǎn)的定量計(jì)算，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)（或損傷系數(shù)）的大小以及檢驗(yàn)的有效性確定儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)策略（包括檢驗(yàn)類(lèi)型、檢測(cè)方法、檢驗(yàn)部位和下次檢驗(yàn)時(shí)間）。

2.1 評(píng)估依據(jù)

常壓儲(chǔ)罐RBI評(píng)估主要依據(jù)或參考標(biāo)準(zhǔn)：①GB/T 30578—2014常壓儲(chǔ)罐基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)及評(píng)價(jià)；②A(yíng)Q3053—2015立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐安全技術(shù)規(guī)程；③SY/T 5921—2017立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護(hù)修理規(guī)程；④SYT 6620—2014油罐的檢驗(yàn)、修理、改建及翻建；⑤API 581—2016 Risk-Based Inspection Methodology；⑥API standard 653—2014 Tank Inspection，Repair，Alteration and Reconstruction。

2.2 評(píng)估結(jié)果

常壓儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)分析僅包括對(duì)儲(chǔ)罐壁板和底板的分析，檢驗(yàn)時(shí)還應(yīng)考慮對(duì)儲(chǔ)罐頂板以及相關(guān)輔助設(shè)施的檢驗(yàn)。

2.2.1 損傷機(jī)理

罐底板主要受到土壤側(cè)和介質(zhì)側(cè)的腐蝕，罐壁板主要受到介質(zhì)側(cè)和大氣側(cè)的腐蝕。此次評(píng)估的26臺(tái)儲(chǔ)罐主導(dǎo)損傷機(jī)理見(jiàn)表2，其中未知腐蝕指沒(méi)有明顯的損傷機(jī)理。

表2 26臺(tái)儲(chǔ)罐主導(dǎo)損傷機(jī)理

（1）土壤腐蝕。是金屬與土壤中的水、SO42-，Cl-及微生物等腐蝕性介質(zhì)發(fā)生的電化學(xué)腐蝕 ，多表現(xiàn)為以點(diǎn)蝕為主的局部腐蝕，腐蝕的嚴(yán)重程度取決于土壤條件和設(shè)備金屬表面環(huán)境條件的變化[2]。

（2）氧濃差電池腐蝕。是由氧氣濃度差所導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕，關(guān)于氧濃差電池腐蝕的機(jī)理，不同的學(xué)者有不同的觀(guān)點(diǎn)[3]。一種觀(guān)點(diǎn)是氧濃度含量高的地方電位比較高，而氧濃度比較低的地方電位比較低；還有一種觀(guān)點(diǎn)是氧濃差腐蝕發(fā)生的時(shí)候，缺氧與富氧區(qū)域的電化學(xué)陽(yáng)極反應(yīng)發(fā)生了改變。

（3）雜散電流腐蝕[4]。是大地中存在的雜散電流（又稱(chēng)為干擾電流）對(duì)金屬造成的腐蝕。

（4）沉積水腐蝕[5]。原油中的水分和氣相水蒸汽凝結(jié)水沉積在儲(chǔ)罐底部，形成沉積水。盡管原油儲(chǔ)罐設(shè)有排水管，但原油罐排水管的中心線(xiàn)比罐底高350 mm，而排水管直徑200 mm，因此，罐底可能會(huì)有150 mm深的沉積水。沉積水中的鹽、氣體、微生物會(huì)對(duì)罐底板和底層罐壁板造成腐蝕，如濕硫化氫破壞、二氧化碳腐蝕、微生物腐蝕等。

（5）沖刷腐蝕[6]。是金屬表面與腐蝕性流體之間由于高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的金屬損壞現(xiàn)象，是沖刷磨損和電化學(xué)腐蝕交互作用的結(jié)果。煉油廠(chǎng)物料進(jìn)出頻繁，會(huì)對(duì)罐底板產(chǎn)生沖刷腐蝕。

（7）濕硫化氫破壞。是含水和硫化氫的介質(zhì)對(duì)碳鋼和低合金鋼造成的損傷，包括氫鼓泡（HB）、氫致開(kāi)裂（HIC）、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂（SOHIC）和硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）等4種形式。酸性水腐蝕是金屬材料在存在硫氫化胺（NH4HS）的酸性水中發(fā)生的腐蝕。堿開(kāi)裂：與堿溶液接觸的設(shè)備表面發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，稱(chēng)為堿開(kāi)裂。堿開(kāi)裂多出現(xiàn)在未進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理的焊縫附近，它可在幾小時(shí)或幾天內(nèi)穿透整個(gè)設(shè)備。

除此之外，對(duì)于內(nèi)浮頂和外浮頂儲(chǔ)罐，浮盤(pán)支柱在落到最低液位時(shí)還會(huì)對(duì)罐底板產(chǎn)生沖擊。

2.2.2 風(fēng)險(xiǎn)情況

采用合肥通用機(jī)械研究院RBI評(píng)估軟件，對(duì)26臺(tái)儲(chǔ)罐進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出：（1）投用時(shí)間短，均未進(jìn)行過(guò)首次檢驗(yàn)，建造資料和運(yùn)行資料是此次評(píng)估的主要依據(jù)，因此，相同介質(zhì)的儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)一致；（2）石腦油罐T04A-C、渣油罐T03A/B的失效可能性最高，為3；原油罐T01A-F的失效后果最嚴(yán)重，為E；（3）原油罐 T01A-F、渣油罐 T03A/B、石腦油罐T04A-C為中高風(fēng)險(xiǎn)，其余儲(chǔ)罐為中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 檢驗(yàn)策略

檢驗(yàn)策略包括檢驗(yàn)類(lèi)型、檢測(cè)方法、檢驗(yàn)部位和下次檢驗(yàn)時(shí)間4個(gè)方面的內(nèi)容。26臺(tái)儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)類(lèi)型見(jiàn)表4，檢驗(yàn)部位和檢測(cè)方法見(jiàn)表5（不同介質(zhì)儲(chǔ)罐，損傷機(jī)理不同，檢驗(yàn)部位和檢測(cè)方法也不完全一樣，此處以原油罐為例）。

但周處人雖散漫，卻也不失俠義之心，聽(tīng)說(shuō)有南山猛虎、長(zhǎng)橋蛟龍為禍鄉(xiāng)里，被稱(chēng)為三害，于是仗義出手，射猛虎、搏蛟龍，激戰(zhàn)三天三夜。待周處凱旋而歸，卻見(jiàn)鄉(xiāng)親們一片歡騰，原來(lái)三害余下的一害便是他，鄉(xiāng)親們知除害一行兇險(xiǎn)，只當(dāng)他已和虎蛟同歸于盡，因而正在慶賀三害盡除。

表3 26臺(tái)常壓儲(chǔ)罐RBI評(píng)估結(jié)果

表4 26臺(tái)儲(chǔ)罐檢驗(yàn)時(shí)間和檢驗(yàn)類(lèi)型

從表4可以看出，原油罐、催化汽油罐、渣油罐、93#汽油罐、航煤罐的首次檢驗(yàn)周期為6 a，石腦油罐的首次檢驗(yàn)周期為4 a，40%堿液罐的首次檢驗(yàn)周期為9 a，與標(biāo)準(zhǔn)SY/T5921中規(guī)定的首檢≤10 a一致。

表5 原油罐檢驗(yàn)部位和檢測(cè)方法

圖3 T01A罐底板

圖4 T01A陽(yáng)極塊

圖5 T01A罐壁板及大角焊縫

表5中必要時(shí)指當(dāng)罐壁板與邊緣板角焊縫檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷或現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員認(rèn)為有必要時(shí)。

3 腐蝕檢查

2018年大修期間，對(duì)原油罐T01A、催化汽油罐T02B、渣油罐T03A、石腦油罐T04A-C、93#汽油罐T05B、煤油罐T06AD、40%堿液罐T07A共計(jì)12臺(tái)儲(chǔ)罐進(jìn)行了開(kāi)罐腐蝕檢查。

3.1 原油罐T01A

腐蝕檢查結(jié)果：①罐底板上表面防腐層大面積破損（圖3）；②陽(yáng)極塊均出現(xiàn)明顯腐蝕（圖4）；③罐壁板防腐層未見(jiàn)明顯破損（圖5）。

3.2 催化汽油罐T02B

腐蝕檢查結(jié)果：罐底板防腐層局部破損（圖6），其他部位未見(jiàn)明顯腐蝕。

3.3 渣油罐T03A

腐蝕檢查結(jié)果：罐底板上表面及罐壁板內(nèi)側(cè)防腐層大面積破損，破損處可見(jiàn)明顯的輕微腐蝕坑（圖7），其他部位未見(jiàn)明顯腐蝕。

3.4 石腦油罐T04A-C

3個(gè)石腦油罐腐蝕檢查結(jié)果基本一致，（1）罐底板上表面防腐層均出現(xiàn)局部破損（圖8），破損處可見(jiàn)明顯腐蝕坑（圖9），最深約1 mm；（2）罐壁板防腐層局部脫落（圖10）。

圖6 T02B罐底板

圖7 T03A罐壁板腐蝕坑

圖8 T04C罐底板

圖9 T04C腐蝕坑

3.5 其他儲(chǔ)罐

（1）93#汽油罐 T05B、煤油罐 T06A-D、40%堿液罐T07A經(jīng)腐蝕檢查均未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，93#汽油罐T05B、煤油罐T06A-D罐底板上表面和罐壁板內(nèi)側(cè)防腐層均完好（圖11）。

（2）通過(guò)腐蝕檢查可以發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)行近乎相同的時(shí)間后，原油罐、渣油罐、石腦油罐防腐層破損情況較為嚴(yán)重，且渣油罐和石腦油罐均發(fā)現(xiàn)了腐蝕坑，這與RBI評(píng)估結(jié)果基本一致。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)煉油廠(chǎng)26臺(tái)常壓儲(chǔ)罐進(jìn)行RBI評(píng)估，識(shí)別每臺(tái)儲(chǔ)罐的損傷機(jī)理，得到每臺(tái)儲(chǔ)罐的風(fēng)險(xiǎn)，制定每臺(tái)儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)策略。其中，原油罐T01A-F、渣油罐T03A/B、石腦油罐T04A-C為中高風(fēng)險(xiǎn)，其余儲(chǔ)罐為中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)。

（2）對(duì)12臺(tái)常壓儲(chǔ)罐進(jìn)行腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行近乎相同的時(shí)間后，原油罐、渣油罐、石腦油罐防腐層破損情況較為嚴(yán)重，且渣油罐和石腦油罐均發(fā)現(xiàn)了明顯腐蝕坑，與RBI評(píng)估結(jié)果基本一致。

（3）煉油廠(chǎng)常壓儲(chǔ)罐開(kāi)罐難且開(kāi)罐檢維修周期長(zhǎng)、檢維修費(fèi)用高，需要在保障安全的前提下盡可能降低罐頻率。GB/T 30578—2014明確指出，常壓儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)類(lèi)型是開(kāi)罐檢驗(yàn)和在線(xiàn)檢驗(yàn)，但現(xiàn)階段在線(xiàn)檢驗(yàn)手段少、效率低，如何將在線(xiàn)檢驗(yàn)、RBI評(píng)估、開(kāi)罐檢驗(yàn)結(jié)合在一起，制定更加科學(xué)的、切實(shí)可行的檢驗(yàn)策略，是未來(lái)的發(fā)展方向。

圖10 T04C罐壁板

圖11 T T06A罐底板